Команда специалистов под руководством Ника Лейна (Nick Lane), профессора университетского колледжа в Лондоне (University College London), в результате долгих изысканий сумела найти ключ к термодинамическому парадоксу "бульонной теории".

Вкратце он состоит в том, что насыщенный органическими веществами "суп", рассеянный по всему океану, попросту не позволял бы первым клеткам получать достаточно энергии для жизнедеятельности.

По мнению учёных, органические соединения возникли из газов (H₂, CO₂, N₂, H₂S), а непосредственным толчком к образованию жизни послужили созданные в гидротермальных источниках на дне океана геохимические протонные градиенты (разница в концентрации протонов). Такие источники должны были быть пронизаны своеобразными порами микроскопического размера.

В опубликованной в BioEssays статье Лейном и коллегами приводится обоснование того, что жизнь возникла благодаря процессу хемиосмоса. Поясним, осмос (osmosis) – процесс диффузии молекул воды через селективно проницаемую мембрану. Хемиосмос же (chemiosmosis) – процесс аналогичной диффузии ионов (обычно ионов Н+, то есть протонов) (иллюстрации Wikipedia Commons/University of Wisconsin).

При проходе через эти крошечные отверстия каталитические протоклетки использовали возникающий в таких источниках градиентный эффект для производства аденозинтрифосфата (АТФ) – нуклеотида, играющего важнейшую роль в обмене энергии и веществ в организмах, "универсального аккумулятора" для живых систем.

	Глубоководные щелочные источники производят химические градиенты, очень похожие на тот, что есть практически во всех организмах, живущих сейчас на Земле, – так называемый трансмембранный протонный градиент (фото Dudley Foster, William R. Normark/USGS).

По логике учёных, ранние клетки могли сформироваться в результате процесса хемиосмоса, а позже эволюционировать для создания своего собственного протонного градиента благодаря механизму переноса электрона от донора к акцептору.

Как считают исследователи, первым таким донором был водород, а акцептором – СО₂.

В таком случае причина "хемиосмотичности" всех сегодняшних организмов заключается в том, что они унаследовали этот процесс именно от тех первых клеток на дне океанов.

"Современные живые клетки унаследовали одинаковый размер протонного градиента и, главное, ту же ориентацию: "минус" – внутри клетки, "плюс" – снаружи, как и у неорганических пузырьков, из которых они образовались", – говорит ведущий автор исследования Джон Аллен (John Allen) из Лондонского университета Королевы Марии (QMUL) (фото Teri Pengilley/Independent).

Наиболее вероятные кандидаты на зарождение жизни в таком случае — гидротермальные источники срединно-океанических хребтов (чёрные курильщики), давний объект интереса учёных.

Два возможных пути эволюции из "первобытного супа". В варианте "A" РНК и белки развиваются параллельно с формированием липидной капсулы, чтобы затем вместе с ней образовать протоклетку. В сценарии "B" предполагается, что первичная жизнь возникла в результате самоорганизации молекул внутри липидной капсулы (возникшей раньше), и уже в ней постепенно развились более сложные структуры (иллюстрация Daniel Segre et al./Nature).

Эксперименты, проводившиеся до этого, показали, что при температуре свыше 80 градусов в них может происходить абиогенный синтез органических веществ из неорганических соединений. Катализатором этих реакций служат присутствующие в гидротермальных водах твёрдые частицы с содержанием железа и никеля.

Более знакомый русскому читателю термин первичный бульон был независимо изобретён советским биологом Александром Опариным, который, кстати, ещё до Холдейна в 1924 году выдвинул теорию о постепенной эволюции углеродосодержащих молекул – того, что в более широком смысле потом назовут абиогенезом.

Проведённый в 1953 году проверочный эксперимент Миллера — Юри показал наличие в конечной смеси пяти аминокислот, однако более точный повторный анализ 2008 года показал, что их образовалось на самом деле 22.

Ранее мы рассказывали, как загадочные чёрные курильщики служат опорой фотосинтеза для бактерий (фото OAR/National Undersea Research Program (NURP); NOAA).

"Почти невозможно представить, как жизнь могла возникнуть без хемиосмоса, — говорит Лейн, награждённый в прошлом году премией за своё исследование. — Пришло время отказаться от классического понимания "первичного супа" как источника "жизни без кислорода", которое восходит ко времени, когда никто ещё не понимал, как синтезируется АТФ".